巯基官能有机硅溶胶-凝胶涂层的制备及其防腐性能

摘要

铜具有较好的导热性、导电性、延展性及耐腐蚀性，被普遍应用于国民经济的各个部门。铜通常情况下没有明显的腐蚀倾向，这是因为其电位比较正。然而，如果长久地暴露在含有Cl－、NH4＋的溶液或高盐分的海水及海洋大气氛围中，则会产生较严重的腐蚀。铜的腐蚀方式可以分为物理、化学以及电化学腐蚀。通常情况下，这几种腐蚀方式是同时存在并相互影响、彼此促进的。为了延长铜的服役寿命，节约金属资源，有必要对铜表面进行防护。
　　本文在铜表面制备了多种巯基官能有机硅溶胶-凝胶涂层，系统考察了涂层对铜基体的防腐效果。
　　首先，采用正辛硫醇OT、正十二硫醇DT及巯基丙基三甲氧基硅烷MPTMS分别在铜表面制备了单分子自组装膜，以巯基丙基三甲氧基硅烷（MPTMS）为有机前驱体制备了巯基官能有机硅溶胶-凝胶涂层，并考察了涂层的耐蚀性能。结果表明巯基硅烷单分子自组装膜以及巯基官能有机硅溶胶-凝胶涂层都能够对铜基底起到保护作用，而溶胶-凝胶涂层因为具有紧密的Si-O-Si三维网状结构，且涂层具备较大的厚度，延长了腐蚀介质的腐蚀路径，从而比巯基硅烷单分子自组装膜具有更好的防腐效果。
　　其次，以MPTMS和正硅酸四乙酯（TEOS）为前驱体，盐酸为催化剂，经水解-缩合反应在铜合金表面制备了高固含量的巯基官能有机硅溶胶-凝胶涂层，并考察了TEOS的添加量对于涂层性能的影响。结果表明：TEOS的加入有利于提高涂层的热稳定性。随着TEOS含量的增加，溶胶粒子的尺寸成上升趋势，过量的TEOS会使涂层表面和内部产生孔洞和裂纹等缺陷。当TEOS和MPTMS的摩尔比为0.6时，涂层的交联密度较大且涂层缺陷较少，涂层的耐蚀性最佳。
　　最后，采用化学刻蚀法构造了具有一定粗糙度的铜合金表面，然后用巯基官能有机硅溶胶-凝胶对粗糙表面进行修饰后获得了具有优良耐蚀性的超疏水性溶胶-凝胶涂层。考察了化学刻蚀时间对于涂层疏水性及耐腐蚀性的影响。结果表明，涂层的形貌、疏水性及耐蚀性随着刻蚀时间的变化而变化，当化学刻蚀时间达到120min时，涂层具有最佳的耐蚀性能，这是由于经过化学刻蚀120min之后的表面构造出了理想的粗糙结构，与低表面能的有机硅溶胶-凝胶相互协同，使涂层具备了超疏水性，有效阻隔了腐蚀液与基底的接触。